Схема соединения трансформаторов тока и обмоток реле в полную звезду

Лекция: «Токораспределение в Схемах соединений трансформаторов тока и реле в несимметричных режимах».

Для токовых защит используются схемы с ТА, установленными во всех трёх фазах (трёхфазные) или в двух фазах (двухфазные). При этом вторичные обмотки ТА могут соединяться в полную или неполную звезду, а также в полный или неполный треугольник.

Подключение пусковых реле тока к трансформаторам тока в схемах токовых защит может осуществляться по различным схемам:

- соединение ТА и обмоток реле в полную звезду;

- соединение ТА и обмоток реле в неполную звезду;

- соединение ТА в треугольник, а обмоток реле в звезду;

- соединение двух ТА и одного реле в схему на разность токов 2-х фаз;

- соединение ТА в фильтр токов нулевой последовательности.

Поведение и работа реле в каждой из этих схем зависят от характера распределения токов в ее вто­ричных цепях в нормальных и аварийных условиях. При анализе различных схем сначала определяются положительные направления действующих величин первичных токов ТА при различных видах к.з., а затем определяются пути замыкания вторичных токов каждого ТА. Результирующий ток в проводах и обмотках реле тока определяется геометрическим сложением или вычитанием соответствующих векторов фазных токов.

Для каждой схемы определяется отношение тока в реле I_р к току в фазе I_ф, которое называется коэффициентом схемы:

;

Коэффициент схемы необходимо учитывать при расчёте уставок и оценке чувствительности токовой защиты.

Векторные диаграммы первичных токов при различных к.з. представлены на рисунке 1.

 

 

Рисунок 1.Векторная диаграмма токов

а)  при трехфазном к. з.; б) при двухфазном к. з.; е) при однофазном коротком замыкании; г) при двухфазном к. з. на землю; д) при двойном замыкании на землю в разных точках.

 

Схема соединения трансформаторов тока и обмоток реле в полную звезду

Трансформаторы тока устанавливаются во всех фазах. Вторичные обмотки трансформаторов тока и обмотки реле соединяются в звезду и их нулевые точки связываются одним проводом, называемым нулевым. В нулевую точку объединяются одноименные зажимы обмоток трансформаторов тока.

Рисунок 2. Соединение трансформаторов тока и реле по схеме полной звезды

 

При нормальном режиме и трехфазном к.з. в реле I, II и III проходят токи фаз:

; ; ,

а в нулевом проводе их геометрическая сумма, , которая при симметричных режимах равна нулю (как при наличии, так и отсутствии заземления, рисунок 1, а).

 

При двухфазных к.з. ток к.з. проходит только в двух поврежденных фазах и соответственно в реле, подключенных к трансформаторам тока поврежденных фаз (рисунок 1, б), ток в неповрежденной фазе отсутствует. Согласно закону Кирхгофа сумма токов в узле равна нулю, следовательно,   = 0, отсюда .

С учетом этого на векторной диаграмме (рисунок 1, б) токи I_B и I_С показаны сдвинутыми по фазе на 180°.

Ток в нулевом проводе схемы равен сумме токов двух поврежденных фаз, но так как последние равны и противоположны по фазе, то ток в нулевом проводе также отсутствует.

Т.е. реле, включенное в нулевой провод схемы трансформаторов тока, соединённых в полную звезду, не будет реагировать на междуфазные к.з.

Однако, из-за неидентичности характеристик и погрешностей ТА сумма вторичных токов при нагрузочном режиме и при 3-х и 2-х фазных к.з. отличается от нуля и в нулевом проводе проходит ток, называемый током небаланса.

 

При однофазных к. з. первичный ток к.з. проходит только по одной поврежденной фазе (рисунок 1, в). Соответствующий ему вторичный ток проходит также только через одно реле и замыкается по нулевому проводу.

При двухфазных к.з. на землю токи проходят в двух повреждённых фазах и соответственно в двух реле, а в нулевом проводе проходит ток, равный геометрической сумме токов повреждённых фаз, всегда отличный от нуля.

При двойном замыкании на землю в различных точках, например фаз В и С, на участке между точками замыкания на землю режим аналогичен 1ф. к.з. фазы В, а между источником питания и ближайшему к нему месту замыкания фазы С – соответствует режиму 2-х фазного к.з. фаз В и С.

Нулевой провод схемы звезды является фильтром токов нулевой последовательности. Токи прямой и обратной последовательностей в нулевом проводе не проходят, так как векторы каждой из этих систем дают в сумме нуль. Токи же нулевой последовательности совпадают по фазе, поэтому в нулевом проводе проходит утроенное значение этого тока.

Ток в реле равен току в фазе, поэтому коэффициент схемы равен единице: К_СХ = 1.

Выводы:

1. Схема полной звезды реагирует на все виды замыканий.

2. Схема применяется для включения защиты от всех видов однофазных и междуфазных к.з.

3. Схема отличается надежностью, так как при любом замыкании срабатывают по крайней мере два реле.